1、120 万吨合成装置弛放气回收可行性浅议摘要：介绍了工厂概况、对膜分离、变压吸附、深冷分离三种弛放气氢回收技术进行介绍和比较以及操作对比分析、选择最合适的膜分离技术进行核算 关键词：合成氨 弛放气 回收技术 效益 塔西南公司化肥厂合成氨装置是以天然气为原料，采用 M.W 凯洛格公司提供的低能耗、加压催化转化法生产合成氨，合成氨生产中， 合成塔出口没有参加化学反应的惰性气氩气和甲烷会越积越多，因合成塔出口气在分离出氨气后重新注入合成塔，为了稳定合成系统中的惰性气含量，提高氨合成率， 就必须排出高惰性气组分的部分循环气， 这部分排气一般叫弛放气。来自氨分离器的气体经过组合式氨冷器冷却合成塔出口气后
2、，小部分气体作为弛放气经弛放气喷射器 117-L，然后进入弛放气洗涤塔 103-E，在进入 103-E 前，弛放气在喷射器 117-L 中用作动力气，压缩来自氨排放槽 107-F 的闪蒸的惰性放空气和来自 109-F 的冷冻闪蒸气。在弛放气洗涤塔 103-E 中从混合弛放气中回收氨。经过洗涤的弛放气离开洗涤塔顶部送到一段炉的燃料系统，洗涤塔底部的氨水浓度大约6.6%（w）经进出口换热器 161-C 后送到氨蒸馏塔 104-E。氨水溶液在104-E 中蒸馏。塔顶产品氨回到氨冷凝器 127-C 入口。弛放气洗涤塔气相入口，H2： 65.04（%） ； N2： 21.68（%） ；CH4： 8.19
3、（%） ；AR： 2.64（%） ；NH3： 2.45（%） ；流量：360.4Kgmol/hr；温度：24.9；压2力：5000Kpa。弛放气洗涤塔气相入口，H2： 66.66（%） ； N2：22.22（%） ；CH4：8.39（%） ；AR： 2.7（%） ；NH3：0.01.（%） ；流量：351.8Kgmol/hr；温度：60.3；压力：4995Kpa。 以上简介我们看以看出，这部分弛放气中，氢气是经前段流程制成的，去一段炉燃烧显然是极大地浪费，如何回收利用这一部分有用组份，是合成氨生产节能降耗和提高企业经济效益的重要措施。 一、弛放气氢回收技术 1.膜分离技术 又称普里森分离器氢回
4、收技术，该技术主要依靠普里森分离器来分离氢气。普里森分离器外形与管壳式换热器相似，但里面是中空纤维管。气体进入分离器的壳侧，利用中空纤维管内外的压差，氢气渗透进管内。气体流经的中空纤维管越长，渗透进去的氢气越多。其它气体留在管外。管内气体称为渗透气，管外气体称为非渗透气。该技术回收氢气纯度为85 %左右，返回合成氨系统，从而提高氨产量。还能提供少量纯度为 99 %的氢气供其他用途。流程简述如下：从弛放气洗涤塔顶出来准备去燃烧的的含氨气体进中间换热器，被刚进系统的排放气冷却至 40 后，进气液分离器，除去冷凝液。出气液分离器的排放气进加热器，用蒸汽加热，排放气温度被提高到至少比露点高 5 ， 一
5、般为 50 ，进入由两个分离器组成的第一级普里森分离器。排放气在此分成两路：一路为渗透气（富氢气） ，另一路为非渗透气（贫氢气） 。渗透气或者进入由一个分离器组成的第三级普里森分离器，进一步提纯，达到 99 %的纯度，作工业氢气，或者返回合成氨系统。非渗透气进入由三个分离器组成的第3二级普里森分离器，氢气被提出，非渗透气在此分成第二级富氢气和燃料气，前者返回合成氨系统，后者作燃料用。 2.变压吸附技术 目前变压吸附技术发展较快，吸附工艺主要有三塔一均，四塔二均，五塔二均，六塔二均，八塔二均，八塔三均等技术。针对合成氨排放气和弛放气的氢气回收。工作原理是主要利用吸附剂对不同气体的吸附容量随压力的
6、不同而差异的特性，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附除去杂质，减压脱附使吸附剂得以再生，各吸附塔循环操作达到连续提取氢气的目的。系统操作不需加热或冷却，在常温下进行。 3.深冷分离技术 利用不同气体组分相对挥发度的不同，以液氮作冷源，将排放气和弛放气在氢塔、甲烷塔、氩塔内进行液化和精馏，使各组分得以分离。从弛放气洗涤塔顶出来准备去燃烧的的含氨气体经冷却器、气液分离器分离出游离水，进入干燥器脱除微量水和氨，然后进入冷箱。冷箱内有回收气换热器，精馏塔，制液氮用换热器。弛放气在常温状态下进入主、副换热器，分别与氢塔、甲烷塔、氩塔出来的低温组分换热，降温后进氢塔，从塔顶分离出纯度85 %的氢气经主换热
7、器回收冷量后，返回合成氨系统。氢塔釜组分剩下 N2 、CH4 、Ar ，经截流阀进入甲烷塔，从塔釜分离出纯度95 %的 CH4 ，经主换热器回收冷量后去充瓶或送燃烧气系统。塔顶出来的 N2 、Ar 进入氩塔，在此分离，塔釜得到纯度99.995 %的纯氩，进入液氩储槽供供充瓶出售。塔顶分离出的氮气经氮气换热器回收冷量后放空或回收进制冷系统。 4二、三种回收方法的比较 三种方法都能从合成氨排放气、弛放气中回收氢气和氨，但在装置投资、回收效率及能源消耗等方面有较大区别。膜分离法产品纯度8599%；回收率 6580%；装置投资 200 万元；能耗为 6（kW?h?km-3） 变压吸附法产品纯度 859
8、9.99%；回收率 6090%；装置投资 270万元；能耗为 10（kW?h?km-3） 。深冷分离法产品纯度85；回收率95%；装置投资 700 万元。以上数据可以看出，膜分离法是投资最小，能耗最低的一种弛放气回收方法，但是该技术只能回收氢气。膜分离技术只需在现有流程上串联一膜分离器，对于操作来说不需新增人员，只需完善现有操作规程即可，维护也简便。变压吸附技术和深冷分离技术所需添加设备较多，操作难度相应增大，同时增加了维护保养的难度。对于地处南疆的塔西南化肥厂来说，膜分离法是最适宜的弛放气回收方式。三、效益预测 1.按照回收纯度和回收率 90%计算，每天回收氢气： 回收氢气量=弛放气摩尔流量
9、氢含量回收纯度回收率24 小时 360.4Kmol/h65.04%90%90%24=190mol 根据合成氨反应 ：N2+3H22NH3 氨摩尔量=氢摩尔量2/3 190mol的氢反应生成 126.67mol 的氨 氨质量=摩尔量分子量，那么这些氢气返至合成氨系统每天可以增加氨产量：126.6717=2154kg 按照每年生产 330 天计算，2154kg330=710820kg711 吨，年增产5液氨 711 吨，以每吨氨 2500 元计算， 年创效益：7112500=1777500178 万元。 2.按照化肥厂 2009 年吨氨能耗 1001.1kgoe/t 计算，一千克标油=1.4286
10、 千克标煤。 节煤：1036.521.4286710=1015 吨标煤，则年节能经济效益=1015556 元=56.4 万元。 3.项目回收周期 膜分离法设备投资 200 万元，年创效益 234.4 万元，则 10 个月可以回收投资，经济效益十分可观。 4.社会效益 按照每年增产液氨 710 吨计算，节煤 1015 吨，以节约 1 千克标准煤=减排 2.493 千克“二氧化碳”标准计算，10152.493=2530。 每年可减少二氧化碳排放量为 2530 吨，具有很好的节能减排和社会效益。 四、结束语 利用膜分离法回收弛放气中的氢气，不仅增加了合成氨的产量，而且年节煤千吨，提高企业经济效益的同时， 又实现了节能减排的目的。非常值得在各类化肥企业中推广。
